К настоящему времени выполнен ряд исследований реологических особенностей цементных систем с СП [54]. Вместе с тем интересно оценить изменение наиболее важных реологических параметров цементного теста при введении наряду с СП добавок — замедлителей схватывания.

При исследовании структурированных дисперсных систем, к которым относятся и цементно-водные системы, часто применяют ротационную реометрию, так как с ее помощью могут быть реализованы практически неограниченные деформации сдвига с заданной скоростью.

Для определения реологических характеристик цементного теста нами использован ротационный вискозиметр РВ-4 (с коаксиальными цилиндрами). Такие ротационные вискозиметры позволяют получать зависимости типа деформация — напряжение сдвига и вязкость — напряжение сдвига. Для этого пространство между коаксиальными цилиндрами заполняют цементным тестом, последовательно задают ряд значений напряжений сдвига и определяют частоту вращения одного цилиндра относительно другого.

Исследованы цементные пасты с В/Ц=0,3 при определении реологических свойств через 5; 20 и 60 мин после затворения. Найдены зависимости градиента скорости ? цементного теста от напряжения сдвига Р при использовании различных цементов и ПФМ. Градиент ?, характеризующий перепад скоростей по толщине слоя материала, заключенного в узком зазоре между цилиндрами,




где R=20 мм и r=5 мм — радиусы наружного и внутреннего цилиндров; n — частота вращения внешнего вращающегося цилиндра.

Напряжение сдвига


где k0 — константа прибора; F — вес груза, соответствующая началу вращения внешнего цилиндра прибора.

Константа прибора


где h — глубина погружения внутреннего цилиндра в исследуемую массу; g — ускорение свободного падения.

Принимаем k0 = 27 500 (м·с2)-1.

Зависимости ? от Р представлены на рис. 5—7. Они характеризуют реологические кривые в диапазоне ?=1...20 с-1 на линейном (бингамовском) участке. Реологические кривые структурированных твердообразных систем позволяют выделить ряд дополнительных характеристик. В частности, при пересечении продолжения бингамовского участка кривой с осью Р можно найти условный динамический предел текучести Pk2. На бингамовском участке зависимости ? от Р эффективная вязкость



Значения Pk2 и эффективной вязкости цементного теста с добавлениями ПФМ при различном времени с начала затворения приведены в табл. 6, откуда видно, что вязкость цементного теста с добавками С-3 и ПФМ на порядок меньше, чем без добавок. Кинетика изменения реологических параметров при введении С-3 и ПФМ с замедлителями схватывания существенно отличается. Если в первом случае через 60 мин ?m и Pk2 приближаются к значениям, характерным для чистого цементного теста, то во втором удается их в значительной мере стабилизировать. Наибольший эффект стабилизации ?m и Pk2 наблюдается через 60 мин после затворения при введении сахаросодержащих ПАВ, наименьший — при введении СДБ и КО СЖК. Так, если при введении добавок КП и МС через 60 мин после затворения теста снижается почти в 4 раза, то при введении СДБ — всего в 1,25 раза.

Рис. 5. Зависимость напряжения сдвига от градиента скоростей цементного теста
Рис. 5. Зависимость напряжения сдвига от градиента скоростей цементного теста

Рис. 6. Зависимость напряжения сдвига от градиента скоростей цементного теста
Рис. 6. Зависимость напряжения сдвига от градиента скоростей цементного теста
Рис. 7. Зависимость напряжения сдвига от градиента скоростей цементного теста
Рис. 7. Зависимость напряжения сдвига от градиента скоростей цементного теста
Повышение алюминатности цемента способствует заметному увеличению как вязкости, так и условного предела текучести цементного теста.

Рис. 8. Кинетика роста пластической прочности цементного теста с добавками ПФМ
Рис. 8. Кинетика роста пластической прочности цементного теста с добавками ПФМ
Для характеристики структурно-механических свойств вязких сред, к которым можно отнести и цементное тесто, распространение получили пенетрационные методы и особенно метод погружения конуса. Этот метод, разработанный П. А. Ребиндером, отличается простотой и удобством и позволяет по изменению пластической прочности объективно судить о кинетике структурообразования цементного теста.

Испытания проведены на коническом пластомере конструкции МГУ. На рис. 8 представлены результаты определения пластической прочности цементного теста нормальной густоты как без добавок, так и с добавками СП и ПФМ.

Из рис. 8 следует, что все композиционные добавки в течение первых 2... 4 ч замедляют процессы структурообразования. В последующий период скорость процессов структурообразования постепенно выравнивается. Наблюдается существенное различие в наборе пластической прочности в зависимости от вида замедляющего агента в составе ПФМ и содержания алюминатной фазы в цементе. В наибольшей мере удлиняют период формирования структуры ПФМ с фосфатным замедлителем, бурой, сахарной патокой и молочной сывороткой. Эффект их воздействия при оптимальных дозировках примерно одинаков. Вместе с тем в последующий период упрочнения структуры влияние этих ПФМ различно. Наибольшая скорость упрочнения структуры характерна для цементного теста с сахаросодержащими добавками.

Повышение содержания С3А в цементах способствует в целом более интенсивному росту пластической прочности. В меньшей мере алюминатность цементов сказывается на росте пластической прочности при добавках ПФМ с СДБ, что, по-видимому, объясняется избирательным адсорбционным воздействием лигносульфонатов на С3А.

Введение в цемент опоки и шлака не сказалось существенно на кинетике роста пластической прочности цементного теста. Эти данные согласуются с известными экспериментальными результатами [59], где показано, что присутствие добавки С-3 либо ускоряет, либо замедляет структурообразование цементного теста в зависимости от содержания С3А в клинкере портландцемента. Последнее объясняется тем, что при повышении алюминатности цемента пептизация гидратирующихся частиц преобладает над стабилизацией коагуляционной структуры, что в конечном счете ускоряет структурообразование. В низкоалюминатных цементах наблюдается обратный эффект и в присутствии С-3 процессы структурообразования замедляются. Из рис. 8 видно, что введение замедляющих агентов в композиции с СП нивелирует это различие. Независимо от содержания С3А в цементе ПФМ удлиняют период формирования структуры, хотя в высокоалюминатных цементах этот эффект несколько ниже.